二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)評(píng)價(jià)高血壓兔模型的左心室收縮期應(yīng)變

裴曉黎， 左武旭， 方曉燕， 董麗莉*， 舒先紅

1. 新疆喀什地區(qū)第二人民醫(yī)院心內(nèi)科，喀什 844000 2. 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院心臟超聲診斷室，上海 200032

二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)評(píng)價(jià)高血壓兔模型的左心室收縮期應(yīng)變

裴曉黎1△， 左武旭2△， 方曉燕2， 董麗莉2*， 舒先紅2

1. 新疆喀什地區(qū)第二人民醫(yī)院心內(nèi)科，喀什 844000 2. 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院心臟超聲診斷室，上海 200032

目的應(yīng)用二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)評(píng)價(jià)高血壓兔模型的左心室縱向、圓周及徑向收縮期應(yīng)變，探討心率對(duì)左心室收縮功能指標(biāo)的影響。方法24只新西蘭兔隨機(jī)均分為2組：腹主動(dòng)脈縮窄組(n=12)和假手術(shù)組(n=12)。腹主動(dòng)脈縮窄組進(jìn)行腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)；假手術(shù)組僅將絲線放置于腹主動(dòng)脈下方，不進(jìn)行腹主動(dòng)脈結(jié)扎。術(shù)后8周采用二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)分析各組兔左心室縱向、圓周及徑向應(yīng)變。結(jié)果與假手術(shù)組相比，腹主動(dòng)脈縮窄組兔模型左心房舒張末內(nèi)徑、左心室內(nèi)徑均增大(P<0.05)，室間隔及左心室壁均明顯增厚(P<0.05)；在應(yīng)變方面，腹主動(dòng)脈縮窄組兔模型左心室收縮期縱向應(yīng)變降低(P<0.05)、徑向應(yīng)變降低(P<0.05)、圓周應(yīng)變不變。結(jié)論在快心率的高血壓兔模型中，左心室縱向應(yīng)變及徑向應(yīng)變易受到影響，說明心率對(duì)斑點(diǎn)追蹤技術(shù)測(cè)得的收縮功能指標(biāo)影響不大。

超聲心動(dòng)圖；高血壓；二維斑點(diǎn)追蹤成像；左心室功能

高血壓是一種常見的心血管疾病，會(huì)引起心臟一系列結(jié)構(gòu)和功能的改變[1]。在高血壓導(dǎo)致的心肌肥厚患者中，可以采用二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)(two-dimensional speckle tracking imaging, 2D-STI)測(cè)量左心室的縱向、徑向及圓周應(yīng)變，進(jìn)而評(píng)價(jià)其收縮及舒張功能[2-3]。但是，心率對(duì)左心室舒張功能的影響較大[4]。而兔子心率較快，因此本實(shí)驗(yàn)擬采用新西蘭兔建立高血壓模型，以評(píng)價(jià)心率對(duì)于2D-STI技術(shù)測(cè)得的左心室收縮功能指標(biāo)的影響。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物模型制備 選取體質(zhì)量2.5～3.0 kg 的成年雄性新西蘭兔24只(由復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物部提供)。將其隨機(jī)分為2組：腹主動(dòng)脈縮窄(abdominal aortic constriction，ACC)組12只，假手術(shù)組12只。兩組兔子術(shù)前禁食12 h，靜脈注射異戊巴比妥(30 mg/kg)麻醉后，于劍突下縱向切開腹部皮膚，暴露腹主動(dòng)脈，沿腹白線打開腹腔，于左腎動(dòng)脈上約1 cm鈍性分離腹主動(dòng)脈。ACC組將6F動(dòng)脈導(dǎo)管與腹主動(dòng)脈平行放置，用細(xì)線將腹主動(dòng)脈與導(dǎo)管同時(shí)結(jié)扎，撤出動(dòng)脈導(dǎo)管后腹主動(dòng)脈縮窄40%～60%；假手術(shù)組僅將絲線放置于腹主動(dòng)脈下方，不對(duì)腹主動(dòng)脈進(jìn)行結(jié)扎。兩組兔子術(shù)后連續(xù)3 d肌肉注射青霉素(50 mg/kg)以預(yù)防感染。本研究通過復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院動(dòng)物倫理委員會(huì)審查。

1.2 圖像及常規(guī)生命體征采集 采用GE Vivid E9型彩色多普勒超聲診斷儀，M12S探頭(探頭頻率4～12 MHz)。檢查時(shí)被檢兔子采取左側(cè)仰臥位，固定其四肢及頭部。按照上述方法將兔子麻醉后，備皮，連接心電圖。采集標(biāo)準(zhǔn)胸骨旁左心室長(zhǎng)軸觀、胸骨旁左心室短軸二尖瓣水平(可見二尖瓣前后葉啟閉，無腱索)、乳頭肌水平及心尖水平(不可見乳頭肌)二維動(dòng)態(tài)圖像。采集標(biāo)準(zhǔn)心尖四腔觀、三腔觀及兩腔觀動(dòng)態(tài)圖像。幀頻160～240幀/s，動(dòng)態(tài)圖像儲(chǔ)存3個(gè)心動(dòng)周期，留待脫機(jī)分析。以PW模式測(cè)量二尖瓣舒張期血流頻譜，記錄舒張?jiān)缙贓波峰值和舒張晚期A波峰值，并計(jì)算E、A比值。頸靜脈置管連接于多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀(UT4000C，深圳市金科威實(shí)業(yè)有限公司)，測(cè)量心率及血壓。

1.3 常規(guī)超聲指標(biāo)的分析 儲(chǔ)存好的圖像在EchoPAC工作站(Version 201，GE Vingmed Ultrasound, 挪威 )脫機(jī)測(cè)量左心房舒張末內(nèi)徑(left atrial internal dimension at end-diastole, LADd)、左心室舒張末內(nèi)徑(left ventricular internal dimension at end-diastole, LVEDd)、左心室收縮末內(nèi)徑(left ventricular internal dimension at end-systole, LVEDs)、室間隔舒張末厚度(interventricular septum thickness at end-diastole, IVSd)和左心室后壁舒張末厚度(left ventricular posterior wall thickness at end-diastole, LVPWd)等。LADd、LVEDd、LVEDs、IVSd、 LVPWd分別用體質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)化。用Teich-holtz公式計(jì)算左心室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)。

1.4 左心室應(yīng)變的分析 將圖像傳輸至EchoPAC工作站。首先根據(jù)左心室流出道脈沖多普勒頻譜標(biāo)記主動(dòng)脈瓣關(guān)閉時(shí)間(aortic valve closure，AVC)，作為收縮期結(jié)束的標(biāo)志。選擇1個(gè)內(nèi)膜較為清楚的心動(dòng)周期，手動(dòng)描繪其中1幀，根據(jù)心肌厚度調(diào)節(jié)感興趣區(qū)的寬度，軟件自動(dòng)追蹤整個(gè)心動(dòng)周期并給出分析曲線及相關(guān)數(shù)據(jù)。使用上述方法分別對(duì)心尖四腔觀、三腔觀及兩腔觀進(jìn)行分析。左心室的整體縱向應(yīng)變(global longitudinal strain，GLS)為3個(gè)切面的平均值。

在乳頭肌水平的徑向應(yīng)變曲線上測(cè)量6個(gè)節(jié)段最大收縮期徑向應(yīng)變(radial strain，RS)，然后取均值作為整體RS；直接測(cè)量此水平的整體圓周應(yīng)變曲線的頂點(diǎn)值，作為收縮期最大圓周應(yīng)變(circumferential strain，CS)。

1.5 重復(fù)性檢測(cè) 由兩位經(jīng)過規(guī)范化培訓(xùn)的超聲醫(yī)師在互不知情的情況下完成GLS、RS、CS分析后，評(píng)價(jià)觀察者間的變異；其中1位在2周后再次分析以評(píng)價(jià)在觀察者內(nèi)的變異。

2 結(jié) 果

2.1 模型存活情況 ACC組有2只兔于術(shù)后1周內(nèi)死于急性左心衰。術(shù)后第3周，ACC組10只兔的左心房有逐漸增大趨勢(shì)；第4周左心室壁明顯增厚；第8周10只兔均出現(xiàn)心衰癥狀，如活動(dòng)量減少、食欲減退、呼吸急促。將第8周作為實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)。在ACC組存活的10只兔中，有9只LVEF>50%，1只LVEF<50%，選取LVEF>50%的9只兔與假手術(shù)組進(jìn)行比較。假手術(shù)組12只兔均存活至第8周，且LVEF>50%(表1)。

表1 兩組動(dòng)物術(shù)后第8周心臟功能指標(biāo)比較

HR: 心率；SBP: 收縮壓；DBP: 舒張壓；LADd: 左心房舒張末內(nèi)徑；LVEDd: 左心室舒張末內(nèi)徑；LVEDs: 左心室收縮末內(nèi)徑；IVSd: 室間隔厚度；LVPWd: 左心室舒張末后壁厚度；LVEF: 左心室射血分?jǐn)?shù)；GLS: 左心室整體縱向應(yīng)變；RS: 左心室徑向應(yīng)變；CS: 左心室圓周應(yīng)變.1 mmH=0.133 kPa.*P<0.05與假手術(shù)組相比

2.2 動(dòng)物一般情況和常規(guī)超聲指標(biāo) 術(shù)后第8周，與假手術(shù)組相比，ACC組血壓明顯升高、心率明顯增快、ACC組LADd增大、左心室內(nèi)徑(LVEDd和LVEDs)輕度增大、左心室壁(IVSd和LVPWd)增厚、LVEF輕度降低但仍在正常范圍。兩組上述指標(biāo)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。ACC組和假手術(shù)組兔均心率過快導(dǎo)致二尖瓣口血流頻譜較復(fù)雜，甚至出現(xiàn)E、A融合現(xiàn)象(圖1)。

圖1 假手術(shù)組兔二尖瓣口血流頻譜

2.3 心臟應(yīng)變情況 與假手術(shù)組相比，ACC組兔GLS降低(P<0.05)，RS降低(P<0.05)，CS不變(表1，圖2)。重復(fù)性檢測(cè)：觀察者內(nèi)ICCs：GLS為0.83，RS為0.92，CS為0.89；觀察者間ICCs：GLS為0.80，RS為0.90，CS為0.80。

圖2 兩組動(dòng)物左心室縱向應(yīng)變及徑向應(yīng)變比較

A：假手術(shù)組兔左心室縱向應(yīng)變，箭頭所指數(shù)值為-19.59%；B：ACC組兔左心室縱向應(yīng)變，箭頭所指數(shù)值為-10.12%；C：假手術(shù)組兔徑向應(yīng)變；D：ACC組兔徑向應(yīng)變

3 討 論

本研究中ACC組新西蘭兔血壓明顯高于假手術(shù)組，說明模型建立成功；心率太快導(dǎo)致二尖瓣前向血流復(fù)雜，甚至出現(xiàn)E波和A波融合，說明心率對(duì)超聲心動(dòng)圖測(cè)得的舒張功能指標(biāo)有較大影響。

斑點(diǎn)追蹤技術(shù)(speckle tracking imaging，STI)是近年來新興的超聲心動(dòng)圖技術(shù)。該技術(shù)通過手動(dòng)描繪心肌內(nèi)膜，可以全方位追蹤構(gòu)成心肌的斑點(diǎn)，并繪制應(yīng)變曲線，對(duì)于評(píng)價(jià)心肌應(yīng)變具有重要價(jià)值[5]。

研究[2]發(fā)現(xiàn)，在高血壓導(dǎo)致的左心室肥厚的患者中，左心室的縱向收縮功能降低。本研究中，ACC組兔子縱向收縮期應(yīng)變也降低。這是因?yàn)樵诤筘?fù)荷增高的狀態(tài)下，左心室心內(nèi)膜受到的應(yīng)力最大，使其最先損傷并出現(xiàn)心肌間質(zhì)纖維化[6]，而左心室縱向收縮功能與心肌間質(zhì)纖維化負(fù)相關(guān)[7]，即心肌間質(zhì)纖維化越嚴(yán)重，左心室縱向收縮期應(yīng)變?cè)叫　４送猓狙芯恐须m然ACC組9只兔LVEF大于50%，但其絕對(duì)值仍較假手術(shù)組兔降低，也是因?yàn)榭v向收縮功能顯著降低。

以往左心室縱向應(yīng)變的研究較多，但是左心室的收縮和舒張并不僅是縱向的縮短及伸長(zhǎng)。在短軸方面，左心室收縮期應(yīng)變表現(xiàn)為心肌朝向圓心的增厚或變薄，可用徑向應(yīng)變?cè)u(píng)價(jià)；在圓周方向的運(yùn)動(dòng)可用周向應(yīng)變來評(píng)價(jià)。此外，左心室在立體空間上還存在扭轉(zhuǎn)及解旋運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)闃?gòu)成左心室壁的心肌十分復(fù)雜，主要由斜行以及環(huán)行纖維組成：最內(nèi)層為斜行心肌，中層為環(huán)行心肌，最外層為斜行心肌。其內(nèi)膜是右手螺旋，外膜是左手螺旋。左心室的收縮和舒張運(yùn)動(dòng)是3層心肌共同作用的結(jié)果[8]。

左心室徑向增厚與LVEF聯(lián)系緊密。當(dāng)后負(fù)荷增加時(shí)，左心室縱向收縮功能受損，其徑向收縮功能仍可保持正常以維持正常的射血功能[9]。徑向應(yīng)變主要由心肌中層環(huán)行心肌引起。左心室后負(fù)荷增高時(shí)，左心室重構(gòu)的早期徑向應(yīng)變輕度升高；當(dāng)進(jìn)展到離心性肥厚階段時(shí)，左心室各節(jié)段的徑向應(yīng)變均降低[9]。因此，本研究中，相比于假手術(shù)組，ACC組左心室壁增厚，室壁中層心肌纖維受到影響，導(dǎo)致徑向應(yīng)變降低。

本研究中，縱向應(yīng)變以及徑向應(yīng)變均降低，但圓周應(yīng)變沒有明顯變化，與包含20例舒張性心衰患者研究[10]的結(jié)論一致。本研究高血壓兔模型中，左心室最先受到影響的是縱向應(yīng)變和徑向應(yīng)變，最后是圓周應(yīng)變。原因如下：(1)圓周應(yīng)變和徑向應(yīng)變一樣，對(duì)維持左心室的射血功能有重要價(jià)值。左心室縱向收縮功能降低時(shí)，圓周應(yīng)變會(huì)代償性增加以維持左心室正常的射血功能[11]。(2)左心室圓周應(yīng)變可能與心肌扭轉(zhuǎn)功能有一定關(guān)系。自心尖部至心底部，左心室各節(jié)段在增厚的同時(shí)，還有相對(duì)的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即心尖部呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，心底部呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可能對(duì)圓周應(yīng)變起到加強(qiáng)作用。國(guó)內(nèi)外已有文獻(xiàn)[10,12]報(bào)道，左心室功能不全早期，扭轉(zhuǎn)功能會(huì)代償性增加。這是因?yàn)樾膬?nèi)膜心肌受損導(dǎo)致心外膜心肌逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)相對(duì)加強(qiáng)。室壁增厚也導(dǎo)致力矩增加，這也是扭轉(zhuǎn)功能增加的重要原因[10]。(3)當(dāng)左心室后負(fù)荷增加，左心室為了對(duì)抗增加的后負(fù)荷需要做更多的功，在縱向功能以及徑向功能受損的情況下，只有圓周應(yīng)變功能可以維持。但是，研究[10]認(rèn)為，在離心性肥厚階段，圓周應(yīng)變已降低。本研究與之不同的原因可能在于左心室增大的程度不大，因此圓周應(yīng)變變化不明顯。

綜上所述，2D-STI操作簡(jiǎn)便，對(duì)于評(píng)價(jià)高血壓模型兔的左心室縱向、圓周及徑向應(yīng)變功能具有重要的價(jià)值。在高血壓兔中，縱向應(yīng)變和徑向應(yīng)變最先受損，圓周應(yīng)變?cè)缙谧兓幻黠@。該結(jié)論與臨床試驗(yàn)結(jié)果較一致，說明心率對(duì)2D-STI測(cè)得的心臟收縮功能指標(biāo)影響不大。本實(shí)驗(yàn)的局限性在于：(1)雖然ACC組兔LVEF仍維持在正常范圍，但較假手術(shù)組降低，這對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能有一定的影響；(2)高血壓模型動(dòng)物只有9只，例數(shù)較少，在接下來的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)增加實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的數(shù)量、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，以期得出更好的結(jié)果；(3)2D-STI易受幀頻及圖像質(zhì)量的影響，本實(shí)驗(yàn)已選擇內(nèi)膜面最清楚的心動(dòng)周期，并且選擇多個(gè)心動(dòng)周期進(jìn)行測(cè)量，但誤差仍存在。相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，2D-STI將克服這些缺點(diǎn)，在評(píng)價(jià)左心室的應(yīng)變方面發(fā)揮更大的作用。

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Two-dimensional speckle tracking imaging in evaluating left ventricular systolic strain in hypertensive rabbit models

PEI Xiao-li1△, ZUO Wu-xu2△, FANG Xiao-yan2, DONG Li-li2*, SHU Xian-hong2

1. Department of Cardiology, Kashgar Prefecture Second People’s Hospital, Kashgar 844000, Xinjiang, China 2. Department of Echocardiography, Zhongshan Hospital, Fudan University, Shanghai 200032, China

Objective： To explore the effects of heart rate on two-dimensional speckle tracking imaging (2D-STI) parameters in evaluating left ventricular longitudinal, circumferential and radial systolic myocardial deformation in hypertensive rabbit models.Methods24 New Zealand rabbits were randomly divided into 2 groups: the abdominal aortic constriction (AAC) group (n=12), and the sham operation group (n=12). The ACC group underwent the abdominal aortic constriction surgery while in the sham operation group, only the silk thread was placed below the abdominal aorta, and the abdominal aorta was not ligated. The longitudinal, circumferential and radial strains were analyzed by 2D-STI technique after 8 weeks of surgery.ResultsCompared with the sham operation group, hypertensive rabbits had an increased left atrial internal dimension and increased left ventricular internal dimension (P<0.05), a thickened interventricular septum and left ventricular wall (P<0.05). In terms of strain, the longitudinal systolic strain of the left ventricle decreased (P< 0.05), the radial strain decreased (P<0.05), and the circumferential strain remained unchanged in the rabbit models of abdominal aortic constriction.ConclusionsIn hypertensive rabbit models, the left ventricular longitudinal and radial strains were easily affected, which illustrated that heart rate had little effect on the systolic function parameters measured by 2D-STI.

echocardiography; hypertension; two-dimensional speckle tracking imaging; left ventricular function

2017-06-08接受日期2017-07-24

新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金 (2015211C224). Supported by Natural Science Foundation of the Xinjiang Uygur Autonomous Region of China (2015211C224).

裴曉黎, 碩士, 副主任醫(yī)師. E-mail：625626976@qq.com 左武旭, 碩士生.E-mail：15211210017@fudan.edu.cn

△共同第一作者(Co-first authors).

*通信作者(Corresponding author). Tel: 021-60265150, E-mail：dong.lili@zs-hospital.sh.cn

10.12025/j.issn.1008-6358.2017.20170490

R 540.4+5

A

[本文編輯] 姬靜芳